FR3113148A1 - Device and method for supplying an ultrasonic transducer - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un dispositif (100) d’alimentation d’un transducteur ultrasonore (302) comprenant une interface de puissance (106) configurée pour fournir un signal analogique de puissance, dit signal d’alimentation, audit transducteur ultrasonore (302), caractérisé en ce qu’il comprend en outre un modulateur sigma-delta (104) configuré pour réaliser une modulation sigma-delta d’un signal sinusoïdal, dit de pilotage, et fournir un signal numérique, dit de commande, pour commander ladite interface de puissance (106). Elle concerne également un dispositif ultrasonore (300) alimenté par un tel dispositif d’alimentation, une tête ultrasonique comprenant de tels dispositifs ultrasonores et un système ultrasonore comprenant une telle tête ultrasonique. Figure : Fig. 3The invention relates to a device (100) for supplying an ultrasonic transducer (302) comprising a power interface (106) configured to supply an analog power signal, called a power supply signal, to said ultrasonic transducer (302), characterized in that it further comprises a sigma-delta modulator (104) configured to carry out a sigma-delta modulation of a sinusoidal signal, called control, and to supply a digital signal, called control, to control said interface of power (106). It also relates to an ultrasound device (300) powered by such a power supply device, an ultrasound head comprising such ultrasound devices and an ultrasound system comprising such an ultrasound head. Figure: Fig. 3

Description

Dispositif et procédé d’alimentation d’un transducteur ultrasonoreDevice and method for supplying an ultrasonic transducer

La présente invention concerne un dispositif et un procédé d’alimentation d’un transducteur ultrasonore. Elle concerne également un dispositif ultrasonore comprenant un tel dispositif d’alimentation, et un système ultrasonore comprenant un tel dispositif ultrasonore.The present invention relates to a device and a method for powering an ultrasonic transducer. It also relates to an ultrasonic device comprising such a power supply device, and an ultrasonic system comprising such an ultrasonic device.

Le domaine de l’invention est le domaine des dispositifs ultrasonores et en particulier le domaine de l’alimentation des transducteurs ultrasonores, et en particulier des transducteurs ultrasonores à usage médical.The field of the invention is the field of ultrasonic devices and in particular the field of powering ultrasonic transducers, and in particular ultrasonic transducers for medical use.

État de la techniqueState of the art

Les transducteurs ultrasonores sont largement utilisés dans le domaine médical, en particulier pour l’imagerie médicale, par exemple pour l’échographie, mais aussi pour la thérapie médicale. Pour ce faire, les transducteurs sont arrangés typiquement en matrice, également appelée « tête ultrasonique », afin d’émettre des ultrasons focalisés et à forte puissance dans la zone à imager ou à traiter. Chaque transducteur ultrasonore est alimenté par un signal sinusoïdal à une fréquence donnée de sorte à générer un signal ultrasonique de ladite fréquence.Ultrasonic transducers are widely used in the medical field, especially for medical imaging, for example for ultrasound, but also for medical therapy. To do this, the transducers are typically arranged in a matrix, also called an "ultrasonic head", in order to emit focused and high-power ultrasound in the area to be imaged or treated. Each ultrasonic transducer is supplied with a sinusoidal signal at a given frequency so as to generate an ultrasonic signal of said frequency.

Généralement, la tête ultrasonique comprend, pour chaque transducteur ultrasonique, une chaîne de contrôle individuelle. Cette dernière permet de modifier, individuellement pour chaque transducteur, l’amplitude du signal ultrasonore émis par ledit transducteur, mais aussi sa fréquence et sa phase. Ainsi, les caractéristiques de l’onde ultrasonore émise par chaque transducteur de la matrice peuvent être modifiées.Generally, the ultrasonic head comprises, for each ultrasonic transducer, an individual control chain. The latter makes it possible to modify, individually for each transducer, the amplitude of the ultrasonic signal emitted by said transducer, but also its frequency and its phase. Thus, the characteristics of the ultrasonic wave emitted by each transducer of the matrix can be modified.

Cependant, les chaînes de commande connues pour transducteur ultrasonique ont des rendements dégradés. De plus, les signaux de commande sinusoïdaux fournis par les chaînes de commande connues sont de mauvaise qualité de sorte que le signal ultrasonore est dégradé. Enfin, les chaînes de commande connues sont généralement encombrantes.However, the known control chains for ultrasonic transducers have degraded yields. Moreover, the sinusoidal control signals supplied by the known control chains are of poor quality so that the ultrasonic signal is degraded. Finally, known command strings are usually cumbersome.

Un but de la présente invention est de remédier à au moins un des inconvénients précités.An object of the present invention is to remedy at least one of the aforementioned drawbacks.

Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d’alimentation d’un transducteur ultrasonore plus efficace en terme de rendement.Another object of the present invention is to provide a device for supplying an ultrasonic transducer that is more efficient in terms of performance.

Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d’alimentation d’un transducteur ultrasonore fournissant un signal d’alimentation sinusoïdal de meilleure qualité.Another object of the present invention is to provide a power supply device for an ultrasonic transducer providing a sinusoidal power supply signal of better quality.

Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d’alimentation d’un transducteur ultrasonore moins encombrant.Another object of the present invention is to provide a device for supplying an ultrasonic transducer that is less bulky.

L’invention permet d’atteindre au moins l’un de ces buts par un dispositif d’alimentation d’un transducteur ultrasonore comprenant une interface de puissance configurée pour fournir un signal analogique de puissance, dit signal d’alimentation, au dit transducteur ultrasonore, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un modulateur sigma-delta configuré pour réaliser une modulation sigma-delta d’un signal sinusoïdal, dit de pilotage, et fournir un signal numérique, dit de commande, pour commander ladite interface de puissance.The invention makes it possible to achieve at least one of these objects by means of a power supply device for an ultrasonic transducer comprising a power interface configured to supply an analog power signal, called power supply signal, to said ultrasonic transducer , characterized in that it further comprises a sigma-delta modulator configured to carry out a sigma-delta modulation of a sinusoidal signal, called control signal, and supply a digital signal, called control signal, to control said power interface.

Autrement dit, l’invention propose de commander l’interface de puissance fournissant le signal d’alimentation sinusoïdal au transducteur ultrasonore par un modulateur sigma-delta au travers d’un signal sinusoïdal modulé en sigma-delta.In other words, the invention proposes to control the power interface supplying the sinusoidal power supply signal to the ultrasonic transducer by a sigma-delta modulator through a sinusoidal signal modulated in sigma-delta.

Ainsi, le dispositif selon l’invention permet d’alimenter le transducteur ultrasonore par un signal d’alimentation de meilleure qualité, et avec un rendement amélioré par rapport aux chaînes de commandes connues. En effet, le modulateur sigma-delta permet de fournir un signal sinusoïdal modulé sigma-delta permettant de commander une interface de puissance simple et de moindre coût. Il en résulte que le signal d’alimentation du transducteur contient des harmoniques situées dans les hautes fréquences en dehors de sa bande passante.Thus, the device according to the invention makes it possible to supply the ultrasonic transducer with a supply signal of better quality, and with improved efficiency compared to known command chains. Indeed, the sigma-delta modulator makes it possible to supply a sigma-delta modulated sinusoidal signal making it possible to control a simple and lower cost power interface. As a result, the transducer supply signal contains harmonics located in the high frequencies outside its passband.

En outre, le modulateur sigma-delta peut être réalisé sous la forme d’un composant numérique de sorte que l’encombrement du dispositif d’alimentation est plus faible, comparé à des chaînes de commande analogiques actuellement connues. De plus, l’utilisation d’un modulateur sigma-delta permet d’éviter l’utilisation d’un filtre dédié à la suppression des harmoniques, ce qui diminue encore plus l’encombrement du dispositif d’alimentation selon l’invention.Furthermore, the sigma-delta modulator can be realized as a digital component so that the footprint of the power supply device is smaller, compared to currently known analog control chains. In addition, the use of a sigma-delta modulator makes it possible to avoid the use of a filter dedicated to the suppression of harmonics, which further reduces the size of the power supply device according to the invention.

La diminution de l’encombrement du dispositif d’alimentation selon l’invention permet de diminuer l’encombrement de la tête ultrasonique comparé aux têtes ultrasoniques actuelles, ou d’augmenter le nombre de transducteurs de la tête ultrasonique à encombrement constant.The reduction in the size of the power supply device according to the invention makes it possible to reduce the size of the ultrasonic head compared to current ultrasonic heads, or to increase the number of transducers of the ultrasonic head with constant size.

Le modulateur sigma-delta peut être de n’importe quel ordre.The sigma-delta modulator can be of any order.

Par exemple, le modulateur sigma-delta peut être du 4èmeordre.For example, the sigma-delta modulator can be of the 4th order.

Suivant un mode de réalisation, le modulateur sigma-delta peut comprendre un quantificateur de sortie mono-bit de sorte que le signal de commande est modulé sur un bit.According to one embodiment, the sigma-delta modulator may include a mono-bit output quantizer so that the control signal is modulated on one bit.

Dans ce cas, l’interface de puissance peut par exemple être un demi-pont en H contrôlé par le signal de commande modulé en sigma-delta.In this case, the power interface can for example be a half H-bridge controlled by the sigma-delta modulated control signal.

Suivant un mode de réalisation, le modulateur sigma-delta peut comprendre un quantificateur de sortie multi-bits de sorte que le signal de commande est modulé sur plusieurs bits.According to one embodiment, the sigma-delta modulator can include a multi-bit output quantizer so that the control signal is modulated over several bits.

Dans ce cas, l’interface de puissance peut par exemple être un groupe d’interrupteurs, chacun connecté à une tension fixe particulière, contrôlé par le signal de commande modulé en sigma-delta. En particulier, lorsque le signal de commande est sur deux bits, quatre interrupteurs et leur source de tension sont nécessaires. De manière générale, l’interface de puissance est adaptée au nombre de bits du signal de commande.In this case, the power interface can for example be a group of switches, each connected to a particular fixed voltage, controlled by the sigma-delta modulated control signal. In particular, when the control signal is on two bits, four switches and their voltage source are necessary. In general, the power interface is adapted to the number of bits of the control signal.

Avantageusement, le signal de pilotage peut être un signal sinusoïdal numérique, c’est-à-dire un signal sinusoïdal sous forme numérique, autrement dit un signal sinusoïdal représenté sous forme numérique codé traditionnellement sous « n » bits en complément à 2.Advantageously, the control signal can be a digital sinusoidal signal, that is to say a sinusoidal signal in digital form, in other words a sinusoidal signal represented in digital form traditionally encoded in “n” bits in complement to 2.

Dans ce cas, le dispositif d’alimentation selon l’invention peut en outre comprendre un générateur numérique configuré pour générer ledit signal de pilotage, en fonction d’une combinaison quelconque d’au moins un des paramètres suivants :

  • une fréquence dudit signal de pilotage,
  • une amplitude dudit signal de pilotage,
  • une phase dudit signal de pilotage.
In this case, the power supply device according to the invention may further comprise a digital generator configured to generate said control signal, according to any combination of at least one of the following parameters:
  • a frequency of said control signal,
  • an amplitude of said control signal,
  • a phase of said pilot signal.

Un tel générateur peut être une puce électronique, ou tout autre composant numérique programmé pour générer, sous forme numérique, un signal analogique en fonction de données d’entrées représentant l’un au moins des paramètres listés.Such a generator can be an electronic chip, or any other digital component programmed to generate, in digital form, an analog signal according to input data representing at least one of the listed parameters.

Suivant une caractéristique avantageuse, le dispositif d’alimentation selon l’invention peut comprendre une interface de commande numérique fournissant une combinaison quelconque d’au moins un des paramètres suivants :

  • une donnée relative à une fréquence dudit signal de pilotage,
  • une donnée relative à une amplitude dudit signal de pilotage,
  • une donnée relative à une phase dudit signal de pilotage.
According to an advantageous characteristic, the power supply device according to the invention may comprise a digital control interface providing any combination of at least one of the following parameters:
  • a datum relating to a frequency of said control signal,
  • a datum relating to an amplitude of said control signal,
  • a datum relating to a phase of said control signal.

Une telle interface de commande numérique peut être, ou peut comprendre, une interface de communication numérique prévue pour recevoir des données représentant l’un au moins des paramètres listés, depuis un appareil de commande externe.Such a digital control interface may be, or may include, a digital communication interface provided to receive data representing at least one of the parameters listed, from an external control device.

Alternativement, une telle interface de commande numérique peut être, ou comprendre, une intelligence de calcul permettant de déduire l’un au moins des paramètres listés en fonction d’autres données qui lui sont fournies, telles que par exemples des données de puissance, une distance de focalisation, etc.Alternatively, such a digital control interface may be, or include, a calculation intelligence making it possible to deduce at least one of the parameters listed as a function of other data supplied to it, such as, for example, power data, a focus distance, etc.

L’interface de commande numérique peut être prévue pour réaliser une communication sans fil avec l’appareil de commande externe.The digital control interface can be provided to achieve wireless communication with the external control device.

Alternativement, ou en plus, l’interface de commande numérique peut être prévue pour réaliser une communication filaire, avec l’appareil de commande externe, au travers d’un bus de communication numérique.Alternatively, or in addition, the digital control interface can be provided to carry out a wired communication, with the external control device, through a digital communication bus.

Le dispositif d’alimentation selon l’invention peut être intégré, en partie ou en totalité, dans au moins un composant numérique, tel qu’une puce électronique ou un processeur, en particulier programmable.The power supply device according to the invention can be integrated, in part or in whole, in at least one digital component, such as an electronic chip or a processor, in particular a programmable one.

En particulier, tous les éléments du dispositif d’alimentation selon l’invention, sauf l’interface de puissance, peuvent être intégrés dans un composant numérique, tel qu’une puce électronique ou un processeur, en particulier programmable.In particular, all the elements of the power supply device according to the invention, except the power interface, can be integrated into a digital component, such as an electronic chip or a processor, in particular programmable.

Suivant une caractéristique avantageuse, le modulateur sigma-delta peut être intégré dans un composant numérique, tel qu’une puce électronique ou un processeur, en particulier programmable, avec le générateur de signal numérique, et/ou l’interface de commande numérique.According to an advantageous characteristic, the sigma-delta modulator can be integrated into a digital component, such as an electronic chip or a processor, in particular programmable, with the digital signal generator, and/or the digital control interface.

Suivant un autre aspect de l’invention, il est proposé un dispositif ultrasonore comprenant :

  • au moins un transducteur ultrasonore, et
  • un dispositif d’alimentation selon l’invention pour alimenter ledit au moins un transducteur ultrasonore.
According to another aspect of the invention, there is provided an ultrasonic device comprising:
  • at least one ultrasonic transducer, and
  • a supply device according to the invention for supplying said at least one ultrasonic transducer.

Le transducteur ultrasonore peut être un transducteur de tout type.The ultrasonic transducer can be a transducer of any type.

En particulier, le transducteur ultrasonore peut être un transducteur ultrasonore utilisé pour des applications médicales, en particulier pour l’imagerie médicale telle que l’échographie, ou le traitement médical tel que l’écothérapie, ou encore pour des applications esthétiques.In particular, the ultrasound transducer can be an ultrasound transducer used for medical applications, in particular for medical imaging such as ultrasound, or medical treatment such as ecotherapy, or even for aesthetic applications.

Suivant un autre aspect de la présente invention, il est proposé une tête ultrasonique comprenant plusieurs dispositifs ultrasonores selon l’invention, en parallèle.According to another aspect of the present invention, there is proposed an ultrasonic head comprising several ultrasonic devices according to the invention, in parallel.

Dans la tête ultrasonique selon l’invention, à chaque transducteur ultrasonore est associé un dispositif d’alimentation qui lui est dédié de sorte que chaque transducteur ultrasonore peut être contrôlé individuellement. Ainsi, les caractéristiques de l’onde ultrasonore générée par chaque transducteur ultrasonore de la tête ultrasonique selon l’invention peuvent être modifiées individuellement.In the ultrasonic head according to the invention, each ultrasonic transducer is associated with a power supply device dedicated to it so that each ultrasonic transducer can be controlled individually. Thus, the characteristics of the ultrasonic wave generated by each ultrasonic transducer of the ultrasonic head according to the invention can be modified individually.

En particulier, l’amplitude, la fréquence et la phase de l’onde ultrasonore émise par chaque transducteur ultrasonore de la tête ultrasonique peuvent être modifiées pour chaque transducteur ultrasonore individuellement.In particular, the amplitude, frequency and phase of the ultrasonic wave emitted by each ultrasonic transducer of the ultrasonic head can be modified for each ultrasonic transducer individually.

La tête ultrasonique selon l’invention peut être utilisée pour l’imagerie médicale, en particulier pour l’imagerie échographique.The ultrasonic head according to the invention can be used for medical imaging, in particular for ultrasound imaging.

Alternativement, ou en plus, la tête ultrasonique selon l’invention peut être utilisée pour la thérapie médicale.Alternatively, or additionally, the ultrasonic head according to the invention can be used for medical therapy.

Alternativement, ou en plus, la tête ultrasonique selon l’invention peut être utilisée pour le traitement esthétique.Alternatively, or in addition, the ultrasonic head according to the invention can be used for aesthetic treatment.

Suivant un autre aspect de la présente invention, il est proposé un système ultrasonore comprenant :

  • une tête ultrasonique selon l’invention, et
  • au moins un appareil de commande numérique des dispositifs ultrasonores de ladite tête ultrasonique.
According to another aspect of the present invention, there is provided an ultrasound system comprising:
  • an ultrasonic head according to the invention, and
  • at least one digital control device for the ultrasonic devices of said ultrasonic head.

Suivant un mode de réalisation, le système ultrasonore selon l’invention peut comprendre pour au moins un, et en particulier chaque, dispositif ultrasonore de la tête ultrasonique, un appareil de commande numérique individuel dédié audit dispositif ultrasonore.According to one embodiment, the ultrasonic system according to the invention may comprise for at least one, and in particular each, ultrasonic device of the ultrasonic head, an individual digital control device dedicated to said ultrasonic device.

Dans ce cas, chaque dispositif ultrasonore de la tête ultrasonique reçoit les données concernant l’onde ultrasonore à générer de la part de l’appareil de commande numérique qui lui est dédié.In this case, each ultrasonic device of the ultrasonic head receives the data concerning the ultrasonic wave to be generated from the digital control device dedicated to it.

Suivant un autre mode de réalisation, le système ultrasonore selon l’invention peut comprendre un appareil de commande numérique commun à plusieurs, et en particulier à tous les, dispositifs ultrasonores.According to another embodiment, the ultrasonic system according to the invention may comprise a digital control device common to several, and in particular to all, ultrasonic devices.

Ainsi, chaque dispositif ultrasonore reçoit les données concernant l’onde ultrasonore à générer de la part dudit appareil de commande numérique commun.Thus, each ultrasonic device receives the data concerning the ultrasonic wave to be generated from said common digital control device.

L’appareil de commande numérique commun peut être relié aux dispositifs ultrasonores par un bus de communication numérique filaire.The common digital control device can be connected to the ultrasonic devices by a wired digital communication bus.

Alternativement, ledit appareil de commande numérique commun peut être relié auxdits dispositifs ultrasonores par une connexion sans fil, par exemple de type Wifi ou Bluetooth, et plus généralement une connexion sans fil radiofréquence.Alternatively, said common digital control device can be connected to said ultrasonic devices by a wireless connection, for example of the Wifi or Bluetooth type, and more generally a radiofrequency wireless connection.

Alternativement, ledit appareil de commande numérique commun peut être relié auxdits dispositifs ultrasonores par une connexion optique.Alternatively, said common digital control device can be connected to said ultrasonic devices by an optical connection.

Dans tous les cas, les données définissant l’onde ultrasonore à générer par chaque dispositif ultrasonore peuvent être émises à destination de l’interface de commande numérique dudit dispositif ultrasonore.In all cases, the data defining the ultrasonic wave to be generated by each ultrasonic device can be sent to the digital control interface of said ultrasonic device.

Le système selon l’invention peut être un système d’imagerie médicale.The system according to the invention can be a medical imaging system.

Le système selon l’invention peut être un système d’imagerie échographique. Dans ce cas, le système peut comprendre, de manière connue, des moyens de traitement des ondes échographiques pour générer au moins une image échographique.The system according to the invention may be an ultrasound imaging system. In this case, the system can comprise, in known manner, means for processing echographic waves to generate at least one echographic image.

Le système selon l’invention peut être un système de thérapie médicale.The system according to the invention can be a medical therapy system.

En particulier, le système selon l’invention peut être un système d’écothérapie.In particular, the system according to the invention can be an ecotherapy system.

Le système selon l’invention peut être un système de traitement esthétique.The system according to the invention can be an aesthetic treatment system.

Suivant un autre aspect de l’invention, il est proposé une utilisation du système selon l’invention, pour l’imagerie médicale.According to another aspect of the invention, a use of the system according to the invention is proposed for medical imaging.

Suivant un autre aspect de l’invention, il est proposé une utilisation du système selon l’invention, pour le traitement esthétique d’au moins une zone du corps d’un être humain ou animal.According to another aspect of the invention, a use of the system according to the invention is proposed for the aesthetic treatment of at least one zone of the body of a human or animal being.

Suivant un autre aspect de l’invention, il est proposé un procédé d’alimentation d’un transducteur ultrasonore avec un signal analogique de puissance, dit signal d’alimentation, caractérisé en ce qu’il comprend les épates suivantes :

  • modulation sigma-delta d’un signal sinusoïdal, dit de pilotage, pour fournir un signal, dit de commande ;
  • commande d’une interface de puissance avec ledit signal de commande modulé en sigma-delta, pour fournit ledit signal d’alimentation.
According to another aspect of the invention, there is proposed a method for supplying an ultrasonic transducer with an analog power signal, said supply signal, characterized in that it comprises the following steps:
  • sigma-delta modulation of a sinusoidal signal, called control, to provide a signal, called control;
  • controlling a power interface with said sigma-delta modulated control signal, to provide said power supply signal.

Bien entendu, le procédé selon l’invention peut comprendre, en termes de procédé, une combinaison quelconque d’au moins une caractéristique décrite plus haut, et qui ne sont pas reprises ici par souci de concision.Of course, the method according to the invention may comprise, in terms of method, any combination of at least one characteristic described above, and which are not repeated here for the sake of brevity.

Description des figures et modes de réalisationDescription of figures and embodiments

D’autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l’examen de la description détaillée d’un mode de réalisation nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :

  • la FIGURE 1 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif d’alimentation d’un transducteur ultrasonore ;
  • la FIGURE 2 est une représentation schématique d’un exemple non limitatif d’exemples de signaux dans le dispositif de la FIGURE 1 ;
  • la FIGURE 3 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif ultrasonore selon l’invention ;
  • la FIGURE 4 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’une tête ultrasonique selon l’invention ;
  • la FIGURE 5 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un système ultrasonore selon l’invention ; et
  • la FIGURE 6 est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’un système ultrasonore selon l’invention.
Other advantages and characteristics will appear on examination of the detailed description of a non-limiting embodiment, and of the appended drawings in which:
  • FIGURE 1 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of a device for supplying an ultrasonic transducer;
  • FIGURE 2 is a schematic representation of a non-limiting example of exemplary signals in the device of FIGURE 1;
  • FIGURE 3 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of an ultrasonic device according to the invention;
  • FIGURE 4 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of an ultrasonic head according to the invention;
  • FIGURE 5 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of an ultrasound system according to the invention; And
  • FIGURE 6 is a schematic representation of another non-limiting embodiment of an ultrasound system according to the invention.

Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits par la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détail structurel, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.It is understood that the embodiments which will be described subsequently are in no way limiting. In particular, variants of the invention may be imagined comprising only a selection of characteristics described below isolated from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art. This selection includes at least one preferably functional feature without structural detail, or with only part of the structural detail if this part is only sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.

Sur les figures les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.In the figures, the elements common to several figures retain the same reference.

La FIGURE 1 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif d’alimentation selon l’invention.FIGURE 1 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of a power supply device according to the invention.

Le dispositif 100, représenté sur la FIGURE 1, est prévu pour alimenter un transducteur ultrasonique, par exemple dans un transducteur ultrasonique d’une tête ultrasonique à usage médical.The device 100, shown in FIGURE 1, is intended to power an ultrasonic transducer, for example in an ultrasonic transducer of an ultrasonic head for medical use.

Le dispositif d’alimentation 100 comprend un générateur numérique de signal sinusoïdal 102 qui génère un signal sinusoïdal numérique, c’est-à-dire un signal sinusoïdal représenté sous forme numérique, et appelé signal de pilotage dans la suite. Ce générateur numérique 102 peut être tout composant électronique numérique programmé ou conçu pour délivrer, sous forme numérique, le signal de pilotage sinusoïdal, en fonction des paramètres relatifs au signal sinusoïdal à générer. Par exemple, les paramètres renseignés au générateur numérique 102 peuvent comprendre :

  • la fréquence F, et/ou
  • la phase φ, et/ou
  • l’amplitude A
du signal sinusoïdal à générer.The power supply device 100 comprises a digital sinusoidal signal generator 102 which generates a digital sinusoidal signal, that is to say a sinusoidal signal represented in digital form, and referred to below as the pilot signal. This digital generator 102 can be any digital electronic component programmed or designed to deliver, in digital form, the sinusoidal control signal, according to the parameters relating to the sinusoidal signal to be generated. For example, the parameters given to the digital generator 102 can include:
  • the frequency F, and/or
  • the phase φ, and/or
  • amplitude A
of the sinusoidal signal to be generated.

Le générateur numérique 102 fournit donc un signal numérique représentant un signal sinusoïdal, et appelé signal de pilotage. La phase et la fréquence du signal de pilotage correspondent respectivement à la fréquence et à la phase de l’onde ultrasonore à générer.The digital generator 102 therefore supplies a digital signal representing a sinusoidal signal, and called the control signal. The phase and the frequency of the pilot signal correspond respectively to the frequency and to the phase of the ultrasonic wave to be generated.

Bien entendu, l’utilisation d’un tel générateur numérique dans le dispositif selon l’invention est optionnelle et le signal de pilotage peut être fourni par un appareil externe.Of course, the use of such a digital generator in the device according to the invention is optional and the control signal can be provided by an external device.

Le dispositif 100 comprend en outre un convertisseur Sigma-Delta 104, également appelé convertisseur SD par la suite. Le convertisseur SD 104 reçoit le signal de pilotage et réalise une conversion sigma-delta dudit signal de pilotage pour fournir un signal, dit signal de commande. Autrement dit, le signal de commande fourni par le convertisseur SD 104 est une représentation sigma-delta du signal de pilotage qui lui-même est un signal numérique représentant un signal sinusoïdal.Device 100 further comprises a Sigma-Delta converter 104, also called SD converter hereafter. The SD converter 104 receives the control signal and carries out a sigma-delta conversion of said control signal to supply a signal, called the control signal. In other words, the control signal supplied by the SD converter 104 is a sigma-delta representation of the control signal which itself is a digital signal representing a sinusoidal signal.

Le convertisseur SD 104 peut être de n’importe quel ordre.The SD converter 104 can be of any order.

Le convertisseur SD 104 peut comprendre un quantificateur de sortie mono-bit ou multi-bits.SD converter 104 may include a single-bit or multi-bit output quantizer.

Le dispositif d’alimentation 100 comprend une interface de puissance 106 prévue pour délivrer un signal d’alimentation alimentant un transducteur ultrasonore. Le signal d’alimentation délivré par l’interface de puissance 106 est un signal sinusoïdal de tension élevée, par exemple comprise entre 10V et 100V, et avec une puissance de quelques watts. Le transducteur ultrasonore transforme ce signal d’alimentation en une onde ultrasonore dont la fréquence est égale à la fréquence du signal d’alimentation.The power supply device 100 comprises a power interface 106 intended to deliver a power signal supplying an ultrasonic transducer. The power supply signal delivered by the power interface 106 is a high voltage sinusoidal signal, for example between 10V and 100V, and with a power of a few watts. The ultrasonic transducer transforms this power signal into an ultrasonic wave whose frequency is equal to the frequency of the power signal.

L’interface de puissance 106 est commandée par le signal de commande fourni par le convertisseur SD 104. Autrement dit, le signal de commande 106 vient ajuster le fonctionnement de l’interface de puissance 106 pour que ce dernier fournisse le signal d’alimentation. L’interface de puissance 106 peut être un demi-pont en H ou un pont en H ou encore un groupe de commutateurs, commandé par le signal de commande fourni par le convertisseur SD. Dans ce cas, l’interface de puissance 106 comporte, de manière connue, une source de tension continue, ou reçoit une tension continue depuis une source externe. Le signal de commande fourni par le convertisseur SD 104 commande le fonctionnement de l’interface de puissance 106 qui fournit, en sortie, une tension d’alimentation sinusoïdale modulée SD.The power interface 106 is controlled by the control signal supplied by the SD converter 104. In other words, the control signal 106 adjusts the operation of the power interface 106 so that the latter supplies the power supply signal. The power interface 106 can be a half H-bridge or an H-bridge or even a group of switches, controlled by the control signal supplied by the SD converter. In this case, the power interface 106 comprises, in known manner, a DC voltage source, or receives a DC voltage from an external source. The control signal supplied by the SD converter 104 controls the operation of the power interface 106 which supplies, at output, a modulated sinusoidal supply voltage SD.

Dans l’exemple représenté, le dispositif d’alimentation 100 comprend une interface de commande 108, en amont du générateur numérique 102. L’interface de commande est agencée pour fournir au générateur numérique 102 les caractéristiques du signal sinusoïdal à générer, à savoir la fréquence F, et/ou la phase φ, et/ou l’amplitude A.In the example shown, the power supply device 100 comprises a control interface 108, upstream of the digital generator 102. The control interface is arranged to supply the digital generator 102 with the characteristics of the sinusoidal signal to be generated, namely the frequency F, and/or phase φ, and/or amplitude A.

L’interface de commande 108 peut être prévue pour recevoir l’une au moins de ces caractéristiques depuis un appareil externe avec lequel il est en communication.The command interface 108 can be provided to receive at least one of these characteristics from an external device with which it is in communication.

Alternativement, l’interface de commande 108 peut être programmée pour déduire l’une au moins de ces caractéristiques en fonction d’autres données, tel qu’une distance de focalisation de l’onde ultrasonore à générer ou une valeur de puissance de l’onde ultrasonore à générer, par exemple.Alternatively, the control interface 108 can be programmed to deduce at least one of these characteristics according to other data, such as a focusing distance of the ultrasonic wave to be generated or a power value of the ultrasonic wave to be generated, for example.

Bien entendu, l’utilisation d’une telle interface de commande est optionnelle et les caractéristiques du signal sinusoïdal peuvent être communiquées directement au générateur numérique 102.Of course, the use of such a control interface is optional and the characteristics of the sinusoidal signal can be communicated directly to the digital generator 102.

Chacun des modules 102-108 peut être réalisé de manière numérique. En particulier, au moins le convertisseur SD 104 est réalisé de manière numérique.Each of the modules 102-108 can be realized digitally. In particular, at least the SD converter 104 is implemented digitally.

Sur la FIGURE 1, chacun des modules 102-108 est représenté de manière individuelle. Bien entendu, au moins deux de ces modules peuvent être intégrés dans un même composant numérique, tel qu’une puce ou un processeur. En particulier, le convertisseur SD 104 et le générateur numérique 102 peuvent être intégrés dans un même composant numérique.In FIGURE 1, each of the modules 102-108 is shown individually. Of course, at least two of these modules can be integrated into the same digital component, such as a chip or a processor. In particular, the SD converter 104 and the digital generator 102 can be integrated into the same digital component.

La FIGURE 2 est une représentation schématique d’exemples non limitatifs de signaux dans le dispositif de la FIGURE 1.FIGURE 2 is a schematic representation of non-limiting examples of signals in the device of FIGURE 1.

Ainsi, sur la FIGURE 2 :

  • le signal 202 correspond à la courbe qui représente le signal numérique fourni par le générateur 102 au modulateur SD ;
  • le signal 204 correspond au signal de commande, modulé en sigma-delta, produit par le convertisseur SD 104, qui possède dans cet exemple une sortie mono-bit, grâce au signal 202 et
  • le signal 206 correspond au spectre du signal produit par l’interface 106 qui alimente le transducteur. Ce signal est dans cet exemple produit par un modulateur SD du 4èmeordre mono-bit.
Thus, in FIGURE 2:
  • the signal 202 corresponds to the curve which represents the digital signal supplied by the generator 102 to the SD modulator;
  • signal 204 corresponds to the control signal, modulated in sigma-delta, produced by SD converter 104, which in this example has a mono-bit output, thanks to signal 202 and
  • the signal 206 corresponds to the spectrum of the signal produced by the interface 106 which feeds the transducer. This signal is in this example produced by a mono-bit 4th order SD modulator.

La FIGURE 3 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif ultrasonore selon l’invention.FIGURE 3 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of an ultrasonic device according to the invention.

Le dispositif ultrasonore 300 représenté sur la FIGURE 3 comprend un transducteur ultrasonore 302 alimenté par un dispositif d’alimentation selon l’invention, et en particulier le dispositif d’alimentation 100 de la FIGURE 1.The ultrasonic device 300 shown in FIGURE 3 comprises an ultrasonic transducer 302 powered by a power supply device according to the invention, and in particular the power supply device 100 of FIGURE 1.

La FIGURE 4 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’une tête ultrasonique selon l’invention.FIGURE 4 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of an ultrasonic head according to the invention.

La tête ultrasonique 400 de la FIGURE 4 comprend « n » dispositifs ultrasonores 3001-300ndisposés en parallèle et formant une matrice.The ultrasonic head 400 of FIGURE 4 comprises "n" ultrasonic devices 300 1 -300 n arranged in parallel and forming a matrix.

Au moins deux des dispositifs ultrasonores 3001-300npeuvent être identiques ou différents.At least two of the ultrasonic devices 300 1 -300 n can be identical or different.

Chaque dispositif ultrasonore 300ipeut être identique au dispositif ultrasonore 300 de la FIGURE 3 et comprend tous les éléments du dispositif 300 avec les mêmes références complétées par « i » en indice.Each ultrasonic device 300 i can be identical to the ultrasonic device 300 of FIGURE 3 and includes all the elements of the device 300 with the same references supplemented by "i" as a subscript.

La FIGURE 5 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un système ultrasonore selon l’invention.FIGURE 5 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of an ultrasound system according to the invention.

Le système ultrasonore 500 de la FIGURE 5 comprend une tête ultrasonique selon l’invention, telle que par exemple la tête ultrasonique 400 de la FIGURE 4.The ultrasonic system 500 of FIGURE 5 comprises an ultrasonic head according to the invention, such as for example the ultrasonic head 400 of FIGURE 4.

Le système ultrasonore 500 comprend en outre un appareil de commande 502, tel qu’un ordinateur ou une tablette, et plus généralement tout appareil informatique, relié à chaque dispositif ultrasonore 300ide la tête ultrasonique 400, et en particulier à l’interface de commande 108idudit dispositif ultrasonore.The ultrasonic system 500 further comprises a control device 502, such as a computer or a tablet, and more generally any computer device, connected to each ultrasonic device 300 i of the ultrasonic head 400, and in particular to the interface of control 108 i of said ultrasonic device.

Dans l’exemple représenté, l’appareil de commande 502 est relié à chaque interface de commande 108iau travers d’un bus de communication 504 numérique et filaire 504. Alternativement, chaque interface de commande 108ipeut être en communication avec l’appareil de commande 502 au travers d’une liaison sans fil.In the example shown, the control device 502 is connected to each control interface 108 i through a digital and wired 504 communication bus 504. Alternatively, each control interface 108 i can be in communication with the control device 502 through a wireless link.

L’appareil de commande 502 permet de commander chaque dispositif ultrasonore 300ide manière individuelle et indépendante des autres dispositifs ultrasonores 300ien vue de changer la fréquence, la phase et/ou l’amplitude de l’onde ultrasonore émise par chaque dispositif ultrasonore 300i. Cela permet d’ajuster de manière simple, dynamique et réactive, l’amplitude, la fréquence et la phase de chaque onde ultrasonore émise par chaque dispositif ultrasonore 300i. Par conséquent, il est possible d’ajuster de manière simple, flexible et réactive le point de focalisation, et l’amplitude des ondes ultrasonores émises par les dispositifs ultrasonores3001-300n.The control device 502 makes it possible to control each ultrasonic device 300 i individually and independently of the other ultrasonic devices 300 i with a view to changing the frequency, the phase and/or the amplitude of the ultrasonic wave emitted by each ultrasonic device 300 i . This makes it possible to adjust in a simple, dynamic and reactive manner, the amplitude, the frequency and the phase of each ultrasonic wave emitted by each ultrasonic device 300 i . Therefore, it is possible to adjust in a simple, flexible and reactive manner the focal point, and the amplitude of the ultrasonic waves emitted by the 300 1 -300 n ultrasonic devices.

Ainsi, lorsque l’invention est mise en œuvre dans un dispositif d’imagerie médicale, il est possible de réaliser un suivi des organes en mouvement.Thus, when the invention is implemented in a medical imaging device, it is possible to track moving organs.

La FIGURE 6 est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’un système ultrasonore selon l’invention.FIGURE 6 is a schematic representation of another non-limiting embodiment of an ultrasound system according to the invention.

La FIGURE 6 illustre une variante de la FIGURE 5, dans laquelle le système 600, représenté sur la FIGURE 6, présente une tête 602 composée d'une pluralité de 'n' dispositifs ultrasonores composites 6041à 604n. Au sein de chacun de ces dispositifs ultrasonores composites 604i, une même interface commune 108icommande une pluralité de dispositifs d'alimentation qui alimentent chacun un et un seul transducteur. Par exemple au sein du dispositif ultrasonore 6041, une même interface commune 1081commande une pluralité de 'k' dispositifs d'alimentation 10011à 1001m, qui alimentent chacun un et un seul transducteur 30211à 3021k. De la même façon, le bloc 604ncomprend une seule interface numérique 108nqui pilote directement les ‘m’ dispositifs d'alimentations 100n1à 100nmdes transducteurs respectivement 302n1à 302nm.FIGURE 6 illustrates a variation of FIGURE 5, in which the system 600, shown in FIGURE 6, has a head 602 composed of a plurality of 'n' composite ultrasound devices 604 1 to 604 n . Within each of these composite ultrasonic devices 604 i , the same common interface 108 i controls a plurality of supply devices which each supply one and only one transducer. For example, within the ultrasonic device 604 1 , the same common interface 108 1 controls a plurality of 'k' supply devices 100 11 to 100 1m , which each supply one and only one transducer 302 11 to 302 1k . In the same way, the block 604 n comprises a single digital interface 108 n which directly drives the 'm' supply devices 100 n1 to 100 nm of the transducers 302 n1 to 302 nm respectively.

Cela permet de réaliser un bloc d'interface numérique 1081à 108n, qui est chacun capable de piloter directement un groupe de plusieurs transducteurs de la matrice.This makes it possible to produce a digital interface block 108 1 to 108 n , each of which is capable of directly driving a group of several transducers of the matrix.

La matrice est alors constituée d’une multitude de transducteurs, qui sont associés en 'n' groupes comprenant un nombre identique ou différents de transducteurs. En général, le nombre de transducteurs dans un groupe donné est petit, par exemple en nombre de 2 à 16.The matrix is then made up of a multitude of transducers, which are associated in 'n' groups comprising an identical or different number of transducers. In general, the number of transducers in a given group is small, for example in number from 2 to 16.

Ainsi, il est par exemple possible de gagner en compacité et en nombre de composants au niveau des interfaces numériques au sein de la tête. Il est aussi possible de réaliser de façon industrielle un sous-ensemble compact et standard incluant une interface numérique et plusieurs transducteurs ; lequel sous-ensemble standard pourra être utilisé dans différentes configurations pour réaliser différents types de têtes.Thus, it is for example possible to gain in compactness and in the number of components at the level of the digital interfaces within the head. It is also possible to industrially produce a compact and standard sub-assembly including a digital interface and several transducers; which standard sub-assembly can be used in different configurations to make different types of heads.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples détaillés ci-dessus.Of course, the invention is not limited to the examples detailed above.

Claims (12)

Dispositif (100) d’alimentation d’un transducteur ultrasonore (302) comprenant une interface de puissance (106) configurée pour fournir un signal analogique de puissance, dit signal d’alimentation, audit transducteur ultrasonore (302) ;
caractérisé en ce qu’il comprend en outre un modulateur sigma-delta (104) configuré pour réaliser une modulation sigma-delta d’un signal sinusoïdal, dit de pilotage, et fournir un signal numérique, dit de commande, pour commander ladite interface de puissance (106).
Device (100) for powering an ultrasonic transducer (302) comprising a power interface (106) configured to supply an analog power signal, said power signal, to said ultrasonic transducer (302);
characterized in that it further comprises a sigma-delta modulator (104) configured to carry out a sigma-delta modulation of a sinusoidal signal, called control, and to supply a digital signal, called control, to control said interface of power (106).
Dispositif (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le modulateur sigma-delta (104) comprend un quantificateur de sortie mono-bit de sorte que le signal de commande est modulé sur un bit.Device (100) according to the preceding claim, characterized in that the sigma-delta modulator (104) comprises a mono-bit output quantizer so that the control signal is modulated on one bit. Dispositif (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modulateur sigma-delta (104) comporte un quantificateur de sortie multi-bits de sorte que le signal de commande est modulé sur plusieurs bits.Device (100) according to Claim 1, characterized in that the sigma-delta modulator (104) comprises a multi-bit output quantizer so that the control signal is modulated over several bits. Dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de pilotage est un signal sinusoïdal numérique, ledit dispositif (100) comprenant en outre un générateur numérique (102) configuré pour générer ledit signal de pilotage, en fonction d’une combinaison quelconque d’au moins un des paramètres suivants :
  • une fréquence dudit signal de pilotage,
  • une amplitude dudit signal de pilotage,
  • une phase dudit signal de pilotage.
Device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the driving signal is a digital sinusoidal signal, said device (100) further comprising a digital generator (102) configured to generate said driving signal, in function of any combination of at least one of the following parameters:
  • a frequency of said control signal,
  • an amplitude of said control signal,
  • a phase of said pilot signal.
Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une interface de commande (108 ;1081-108n) numérique fournissant une combinaison quelconque d’au moins un des paramètres suivants :
  • une fréquence dudit signal de pilotage,
  • une amplitude dudit signal de pilotage,
  • une phase dudit signal de pilotage.
Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a control interface (108; 1081-108not) numeric providing any combination of at least one of the following parameters:
  • a frequency of said control signal,
  • an amplitude of said control signal,
  • a phase of said pilot signal.
Dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est intégré, en partie ou en totalité, dans au moins un composant numérique.Device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that it is integrated, in part or in whole, in at least one digital component. Dispositif ultrasonore (300) comprenant :
  • au moins un transducteur ultrasonore (302), et
  • un dispositif d’alimentation (100), selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour alimenter ledit au moins un transducteur ultrasonore (302).
Ultrasonic device (300) comprising:
  • at least one ultrasound transducer (302), and
  • a power supply device (100), according to any preceding claim, for powering said at least one ultrasonic transducer (302).
Tête ultrasonique (400) comprenant plusieurs dispositifs ultrasonores (3001-300n) selon l’une quelconque des revendications précédentes, en parallèle.Ultrasonic head (400) comprising several ultrasonic devices (300 1 -300 n ) according to any one of the preceding claims, in parallel. Système ultrasonore (500;600) comprenant :
  • une tête ultrasonique (400;602) selon la revendication précédente, et
  • au moins un appareil de commande (502) numérique des dispositifs ultrasonores (3001-300n;6041,604n) de ladite tête ultrasonique (400).
Ultrasound system (500;600) comprising:
  • an ultrasonic head (400;602) according to the preceding claim, and
  • at least one digital control device (502) for the ultrasonic devices (300 1 -300 n ; 604 1 .604 n ) of said ultrasonic head (400).
Système (500;600) selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9 caractérisé en ce qu’il s’agit d’un système d’imagerie, ou de thérapie, médicale.System (500; 600) according to any one of Claims 8 or 9, characterized in that it is a medical imaging or therapy system. Utilisation du système (500;600) selon l’une quelconque des revendications 9 ou 10 pour l’imagerie médicale.Use of the system (500; 600) according to any one of claims 9 or 10 for medical imaging. Procédé d’alimentation d’un transducteur ultrasonore (302) avec un signal analogique de puissance, dit signal d’alimentation, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
  • modulation sigma-delta d’un signal sinusoïdal, dit de pilotage, pour fournir un signal, dit de commande ;
  • commande d’une interface de puissance avec ledit signal de commande modulé en sigma-delta, pour fournir ledit signal d’alimentation.
Method for supplying an ultrasonic transducer (302) with an analog power signal, called the supply signal, characterized in that it comprises the following steps:
  • sigma-delta modulation of a sinusoidal signal, called control, to provide a signal, called control;
  • controlling a power interface with said sigma-delta modulated control signal to provide said power signal.
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ANONYMOUS: "Delta-sigma modulation -Wikipedia", 25 March 2020 (2020-03-25), XP055793945, Retrieved from the Internet <URL:https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Delta-sigma_modulation&oldid=947299650> [retrieved on 20210409] *

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